Structural and functional characterization of ATP synthase c-subunit leak channel and its role in AD pathogenesis
ATP合酶c亚基泄漏通道的结构和功能特征及其在AD发病机制中的作用
基本信息
- 批准号:10214094
- 负责人:
- 金额:$ 15.81万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-05-15 至 2022-01-01
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AffinityAlzheimer&aposs DiseaseAlzheimer&aposs disease brainAlzheimer&aposs disease modelAlzheimer&aposs disease pathologyAmyloid beta-ProteinArchitectureBindingBiologyBrainCalciumCell DeathCell Death InductionCell SurvivalCellsCleaved cellComplexCryo-electron tomographyCryoelectron MicroscopyDetergentsDevelopmentEnergy MetabolismEnvironmentEventFunctional disorderGlutamatesGoalsHippocampus (Brain)HumanImmobilizationIn SituIndividualInner mitochondrial membraneInterferometryKineticsLipidsLiposomesLiteratureMeasuresMembraneMitochondriaMitochondrial Proton-Translocating ATPasesModelingMolecularMolecular ConformationMusN-terminalNeurodegenerative DisordersNeuronsOligomycinsOuter Mitochondrial MembranePathogenesisPathologicPathway interactionsPermeabilityPharmacologyPlayPrevention strategyPropertyProteinsReportingResearchResolutionRoleRuptureSignal TransductionStructureSynapsesSystemTestingToxic effectTransgenic Micecyclophilin Dcytochrome cdriving forceinhibitor/antagonistmitochondrial dysfunctionmitochondrial membranemitochondrial permeability transition poremonomermouse modelnanodisknovelnovel therapeuticsoverexpressionparticlepatch clamppreventreconstitutionsensortime use
项目摘要
Abstract
Mitochondrial and synaptic dysfunction are early pathological features and a driving force of
Alzheimer's disease (AD) pathology. Aβ is found to accumulate abnormally in the brains of AD
individuals and in an AD mouse models leading to mitochondrial Ca2+ overload and activation of
mitochondrial permeability transition pore (mPTP). Prolonged opening of mPTP triggers outer
mitochondrial membrane rupture, release of cytochrome c and activation of downstream cell
death pathways. The mPTP has been at the center of extensive scientific research for the last
several decades but it still remains as one of the most mysterious phenomena in biology today
due to its controversial molecular composition and the lack of structural information of its pore.
We have recently demonstrated the novel role of ATP synthase c-subunit ring in forming the
channel of mPTP. Nevertheless, the gating mechanism of the ATP synthase c-subunit leak
channel and conformational changes initiating its opening are yet to be discovered.
In this proposal, we will use single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM) to identify the high-
resolution structure and the open conformation of ATP synthase leak channel in the presence of
channel modulators. We will also perform in situ structural analysis of ATP synthase in its
functional environment within the Aβ-exposed primary hippocampal neurons and in mitochondria
isolated from the mouse models of AD by using cryo-electron tomography (cryo-ET). In this project
we will also investigate the direct role of ATP synthase leak channel as a novel cell death pathway
in AD pathogenesis; we will test whether the pharmacological inhibition of this channel will rescue
neurons from Aβ-induced cell death. Successful completion of this proposal will reveal the
molecular mechanism(s) of mitochondrial permeability transition, the atomic structure of ATP
synthase leak channel, and will aid in the development of new treatments for AD, targeting ATP
synthase.
抽象的
线粒体和突触功能障碍是早期病理特征,也是疾病发生的驱动力。
阿尔茨海默病 (AD) 病理学发现 Aβ 在 AD 患者的大脑中异常积累。
个体和 AD 小鼠模型中导致线粒体 Ca2+ 过载和激活
线粒体通透性转换孔 (mPTP) 的延长打开会触发外部。
线粒体膜破裂、细胞色素c释放和下游细胞激活
过去,mPTP 一直是广泛科学研究的中心。
几十年来,它仍然是当今生物学中最神秘的现象之一
由于其分子组成存在争议且缺乏其孔的结构信息。
我们最近证明了 ATP 合酶 c 亚基环在形成
然而,mPTP 通道的 ATP 合酶 c 亚基泄漏的门控机制。
通道和启动其开放的构象变化尚未被发现。
在本提案中,我们将使用单粒子冷冻电子显微镜(cryo-EM)来识别高
存在下 ATP 合成酶泄漏通道的解析结构和开放构象
我们还将对其中的 ATP 合酶进行原位结构分析。
暴露于 Aβ 的初级海马神经元和线粒体内的功能环境
在这个项目中,通过使用冷冻电子断层扫描 (cryo-ET) 从 AD 小鼠模型中分离出来。
我们还将研究 ATP 合成酶泄漏通道作为新型细胞死亡途径的直接作用
在 AD 发病机制中,我们将测试该通道的药理学抑制是否可以挽救
该提案的成功完成将揭示 Aβ 诱导的细胞死亡的神经元。
线粒体通透性转变的分子机制,ATP 的原子结构
合成酶泄漏通道,并将有助于开发针对 ATP 的 AD 新疗法
合成。
项目成果
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